«Жуткое действие на расстоянии»: как физики открыли совершенно новый тип квантовой запутанности
Никогда раньше ученые не наблюдали запутанности между двумя частицами разного типа.
Квантовая запутанность — сложное физическое явление, при котором две частицы оказываются настолько сильно связаны друг с другом, что они мгновенно чувствуют изменения в состоянии друг друга даже на другом конце Вселенной. Идея, известная как квантовая запутанность, кажется нам невозможной, поскольку мы находимся в области классической физики. Даже Эйнштейн был поражен этим явлением, назвав его «жутким действием на расстоянии». Тем не менее, десятилетия экспериментов позволили нам глубже понять это явление и даже найти ему применение — например, в квантовых компьютерах.
Квантовая запутанность между разными частицами
Революционное открытие квантовой запутанности между двумя различными частицами было сделано на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской лаборатории, который исследует формы материи, существовавшие в ранней Вселенной, путем ускорения и столкновения ионов золота. Но команда обнаружила, что даже когда ионы не сталкиваются, они могут спутаться.
Ускоренные ионы золота окружены небольшими облаками фотонов, и когда два иона проходят близко друг к другу, фотоны от одного иона могут запечатлеть изображение внутренней структуры другого достаточно подробно. Это само по себе достаточно интригующе для физиков, но это может произойти только благодаря беспрецедентной форме квантовой запутанности.
Фотоны взаимодействуют с элементарными частицами внутри ядра каждого иона, запуская каскад, который в конечном итоге производит пары частиц, называемых пионами, один из которых заряжен положительно, а другой — отрицательно. Как вы, возможно, помните из физики средней школы, некоторые частицы также можно описать как волны, и в этом случае волны от обоих отрицательных пионов усиливают друг друга, как и волны от обоих положительных пионов.
Это приводит к тому, что на детектор попадает только одна положительная и одна отрицательная волновая функция пиона. Это указывает на то, что каждая пара положительных и отрицательных пионов запутана друг с другом. Если бы это было не так, говорят ученые, волновые функции, попадающие на детектор, были бы совершенно случайными. Таким образом, это первое обнаружение квантовой запутанности разнородных частиц.